블로그

May 30, 2023

옐로스톤 국립공원의 Five Sisters 온천에 대한 종단 분석을 통해 역동적인 열알칼리성 환경이 드러났습니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18707(2022) 이 기사 인용 1369 Accesses 2 Altmetric Metrics 세부 정보 열알칼리성 온천의 미생물 개체군에 초점을 맞춘 연구가 진행되었습니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18707(2022) 이 기사 인용

1369 액세스

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

열알칼리성 온천의 미생물 개체군에 초점을 맞춘 연구는 주로 높은 pH 및 고온 환경에서 산업적으로 응용할 수 있는 기능성 효소를 발견하려는 유혹에 의해 주도되었습니다. 여러 연구에서 이러한 온천의 근본적인 생태를 이해하는 데 중점을 두었지만 열알칼리성 온천의 소분자 프로필은 대부분 간과되었습니다. 지구화학, 소분자 구성 및 미생물 군집이 어떻게 연결되어 있는지 더 잘 이해하기 위해 우리는 고해상도 지구화학적 측정, 박테리아 및 고세균 군집의 16S rRNA 시퀀싱, 질량 분석법을 기반으로 한 대사산물 및 세포외 소분자 특성 분석. 4개의 데이터 세트를 통합하면 짜여진 열알칼리성 스프링 시스템에 대한 포괄적인 분석이 용이해졌습니다. 연구 과정에서 미생물 개체군은 변화하는 환경 조건에 반응했으며, 고세균 개체군은 박테리아 개체군에 비해 상대적 풍부함과 다양성이 모두 감소했습니다. Archaea의 상대적 풍부함의 감소는 특정 질소 및 황을 함유한 세포외 소분자의 가용성 감소 및 질소 순환과 관련된 대사 경로의 변동을 포함하는 환경 변화와 관련이 있습니다. 이 다요인 분석은 미생물 군집 구성이 온천의 지구화학보다 세포외 소분자 풀과 더 밀접하게 연관되어 있음을 보여줍니다. 이는 새로운 발견이며 이전에 간과되었던 온천의 구성 요소가 미생물 군집 구성에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.

열알칼리성 온천은 생물학적, 산업적으로 중요한 독특한 환경입니다. 이러한 시스템에 대한 상업적 응용은 잘 문서화되어 있으며 현재 열알칼리성 생물탐사 노력은 광범위합니다1. 성공적인 예는 지방분해 효소와 가수분해 효소를 포함한 내열성 효소 제품군의 상업화입니다. 특히 관심을 끄는 것은 산업적 조건에서 목질계 바이오매스를 당으로, 최종적으로는 에탄올로 전환할 수 있는 내열성 셀룰로오스 분해 효소의 개발입니다4. 상업적 응용을 위한 열 및 pH 안정성 효소를 개발할 수 있는 잠재력과 이러한 시스템의 생태에 대한 관심으로 인해 지구화학적 및 미생물 계통발생 데이터가 축적되었습니다5,6,7,8.

생물탐사 노력과 함께 열알칼리성 생태학도 조사를 주도했습니다. 이 연구를 통해 온도는 봄 온도가 증가하여 미생물 다양성이 감소하면서 미생물 다양성의 큰 동인이 되는 것으로 나타났습니다9,10,11. 온도 상승은 또한 고세균의 풍부함과 다양성의 증가와 관련이 있습니다11,12. 호열성 동물은 광범위한 pH10,13를 견딜 수 있는 것으로 나타났습니다. pH는 또한 더 다양한 미생물 개체군을 지원하는 중성 및 알칼리성 온천을 통해 열 환경의 풍부함과 다양성에 중요한 요소인 것으로 입증되었습니다13,14. 그러나 이 두 가지 요소만으로는 열 시스템의 미생물 집단 집합을 완전히 설명할 수 없습니다15. 열알칼리성 온천에는 광범위한 지구화학 및 지리적 위치가 있는 온천에 존재하는 여러 공통 계통군과 함께 광범위한 박테리아와 고세균이 포함되어 있는 것으로 나타났습니다9,16. 설명된 온천의 주요 미생물에는 Chloroflexi, Deinococcus, Nitrospiral, Cyanobacteria, Proteobacteria, Thermodesulfobacteria, Aquiificae, Thermotague, Thermococcales 및 Crenarchaeota9,14,16,17이 포함됩니다.

이러한 시스템에 대한 관심과 조사가 증가했음에도 불구하고 지식의 격차는 여전히 남아 있습니다2. 예를 들어, 수년에 걸쳐 열알칼리성 미생물 집단의 시간적 역학은 거의 조사되지 않았으며17,18,19 우리가 아는 바에 따르면 미생물과 세포내 대사체 및 세포외 소분자 구성을 결합한 분석은 수행되지 않았습니다. 이는 특히 접근이 제한된 YNP의 겨울 온천 샘플링에 해당됩니다. 열알칼리성 온천에 대한 지식 증가와 관련된 과제에는 미생물 배양이 포함됩니다. 개별 미생물의 특정 대사 잠재력과 생태학적 기여를 확인하려면 배양된 분리균이 필요한 경우가 많습니다. 열알칼리성 온천과 같은 극한 환경은 특히 Archaea16,20와 관련하여 전통적인 배양 방법을 사용할 때 격리 노력에 어려움을 안겨주었습니다. 열알칼리성 환경에 대한 세포외 및 세포내 기반 이해를 얻는 것은 환경 소분자 및 대사 네트워크에 대한 통찰력을 제공함으로써 배양 노력을 향상시키는 것을 포함하여 광범위한 의미를 갖습니다.